[发明专利]一种自动规避多障碍物的无人船路径跟踪系统

权利要求书

1.一种自动规避多障碍物的无人船路径跟踪系统，其特征在于：包括，

避碰控制模块，用于获取无人船在大地坐标系下的x轴位置x、y轴位置y和艏摇角ψ以及第i个环境障碍物在地球坐标系下的x轴位置x_ic、y轴位置y_ic以计算避碰控制角速度r_c；

所述避碰控制模块包括，

计算单元，用于获取无人船在大地坐标系下的x轴位置x、y轴位置y以及第i个环境障碍物在地球坐标系下的x轴位置x_ic、y轴位置y_ic以计算无人船与第i个环境障碍物之间的距离ρ_i和无人船和第i个环境障碍物之间的视线角度χ_i；

非线性微分控制器单元Ⅰ，用于获取所述无人船与第i个环境障碍物之间的距离ρ_i以计算无人船和第i个环境障碍物之间的距离导数的估计值

比例单元Ⅰ，用于获取所述无人船和第i个环境障碍物之间的距离导数的估计值和无人船与第i个环境障碍物之间的距离ρ_i以计算碰撞时间T_ic；

比较单元，用于获取所述碰撞时间T_ic以计算参数变量ξ_i，

加法器单元，用于获取所述无人船和第i个环境障碍物之间的视线角度χ_i和无人船在大地坐标系下的艏摇角ψ以计算无人船在船体坐标系下的纵向速度u和第i个环境障碍物的速度u_ic之间的夹角δ_i；以及，

比例单元Ⅱ，用于获取所述无人船在船体坐标系下的纵向速度u和第i个环境障碍物的速度u_ic之间的夹角δ_i与参数变量ξ_i以计算避碰控制角速度r_c；

LOS制导单元，用于获取所述避碰控制角速度r_c、无人船的纵向速度估计值和横漂速度估计值以及无人船在大地坐标系下的x轴位置x、y轴位置y和艏摇角ψ以计算前向速度给定值α_u和艏摇角速度给定值α_r；

所述LOS制导单元包括制导律设计单元和参数化路径单元；

所述参数化路径单元，用于将无人船的给定参数化路径输入至制导律设计单元；

所述制导律设计单元，用于获取所述无人船在大地坐标系下的x轴位置x、y轴位置y和艏摇角ψ、所述避碰控制角速度r_c、无人船的纵向速度估计值横漂速度估计值以及无人船的给定参数化路径以计算所述前向速度给定值α_u和艏摇角速度给定值α_r；

非线性微分控制器单元Ⅱ，用于获取所述前向速度给定值α_u和艏摇角速度给定值α_r以计算前向速度给定值α_u的估计值u_f、前向速度给定值的导数的估计值艏摇角速度给定值α_r的估计值r_f以及艏摇角速度给定值的导数的估计值

观测器单元，用于获取无人船在大地坐标系下的x轴位置x、y轴位置y和艏摇角ψ、无人船的纵向方向的控制力矩τ_u和艏摇方向的控制力矩τ_r以计算无人船的纵向速度估计值横漂速度估计值艏摇角速度估计值纵向扰动估计值以及艏摇方向扰动估计值以及，

动力学控制器单元，用于获取所述前向速度给定值α_u的估计值u_f、前向速度给定值的导数的估计值艏摇角速度给定值α_r的估计值r_f、艏摇角速度给定值的导数的估计值纵向速度估计值艏摇角速度估计值纵向扰动估计值以及艏摇方向扰动估计值以计算所述纵向方向的控制力矩τ_u和艏摇方向的控制力矩τ_r并将所述纵向方向的控制力矩τ_u和艏摇方向的控制力矩τ_r输入至无人船。